在人类观测宇宙的历程中，哈勃太空望远镜始终扮演着关键角色。依托大光圈、高分辨率、超高观测精度的硬件优势，它能捕捉宇宙最昏暗区域的微弱光子，观测距离远超传统地面光学望远镜，帮人类捕捉到数十亿光年外的宇宙画面，解锁诸多颠覆过往的宇宙真相。

遥远星系与恒星的光线，需要耗费数十亿年时间穿越星际空间抵达地球。人类通过哈勃观测到的天体画面，还原的是宇宙数十亿年前的模样，得以直接追溯宇宙早期的演化状态。哈勃资深项目科学家詹妮弗·怀斯曼对外公布过望远镜的核心观测价值，设备可以比对远近不同星系的形态、特质差异，直观梳理宇宙随时间演变的完整过程。
1995年，哈勃拍摄出极具里程碑意义的深空图像，画面中收录近3000个星系，部分星系影像记录到宇宙首批恒星的形成阶段。对比不同时期的观测画面能发现，早期宇宙星系的成像尺寸更小，为星系会随宇宙时间持续演化、生长提供了直观影像依据。
1996年，哈勃拍摄的观测画面，首次捕捉到宇宙加速膨胀的直观证据，观测视野延伸至宇宙可见边界。在此之前，天文学家针对宇宙大爆炸后的演化模式，推演过三种可能性：宇宙持续匀速膨胀、膨胀速度逐步放缓直至停滞、维持稳定的稳态结构。哈勃的观测数据，彻底打破过往理论推演，证实宇宙正处于加速膨胀状态。

为精准测算宇宙膨胀速率，哈勃聚焦Ia型超新星开展长期观测。这类超新星爆炸时的亮度数值固定，天文学家通过检测其抵达地球的可视亮度，就能精准换算出超新星及所在星系与地球的距离，这套测算方式，成为人类量化宇宙膨胀速度的核心依据。而宇宙加速膨胀的现象，直接指向了暗能量的存在，这也是近现代天体物理的核心研究方向。
经过多年观测数据汇总，天文学界测算出宇宙的物质构成比例。暗能量占据宇宙总量的75%，是驱动宇宙加速膨胀的核心能量；24%为暗物质；剩余极少部分，是人类可直接观测的发光物质，包含星际气体、宇宙尘埃、恒星等天体。
人类无法通过常规观测设备捕捉暗物质，这类物质不会和光线产生交互。但暗物质具备质量，可通过引力作用影响周边时空与天体，哈勃借助引力透镜效应，实现了对暗物质的间接观测与定位。

宇宙中所有具备质量的天体，都会造成时空扭曲。大规模星系团聚集形成的质量叠加，会让时空扭曲效果变得可观测，也就是引力透镜效应。哈勃拍摄过一组典型影像，画面中心是距离地球46亿光年的巨型星系团，星系团外围分布四道弧形光线，包含12个“森伯斯特弧线”星系成像，这些星系实际距离地球约110亿光年。
遥远星系的光线途经大质量星系团时，传播轨迹被引力弯曲、扭曲、复制，最终在画面中形成多重弧形成像。天文学家统计星系光线的畸变程度、成像数量，就能反向推算星系团的质量分布，梳理出暗物质在宇宙空间的分布规律。
除了暗能量与暗物质，哈勃还帮人类证实了超大质量黑洞的真实存在。在哈勃投入使用前，超大质量黑洞仅停留在理论推演层面，唯一相关参考，是类星体的无线电观测数据。类星体体型仅相当于普通太阳系，亮度却远超宇宙中其他已知天体。
借助高精度深空观测，哈勃捕捉到大量星系核心的异常引力信号与光线畸变，证实绝大多数星系中心，都存在质量远超常规天体的超大质量黑洞。这类黑洞的质量可达太阳的数十亿倍，彻底完善了人类对星系结构、宇宙天体演化的认知体系。